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Nissan desenvolve o primeiro motor de compressão variável do mundo

Quase 100 anos depois dos primeiros estudos sobre os efeitos da taxas de compressão nos motores de combustão, vai finalmente chegar ao mercado o primeiro motor de compressão variável do mundo. Parabéns Nissan!

Porque o assunto é complexo, vamos primeiro a uma breve explicação sobre o conceito de taxa de compressão para entender porque é que o motor de compressão variável VC-T da Nissan é tão extraordinário? Então vou tentar simplificar, correndo o risco de cometer alguma imprecisão – caso isso aconteça podes sempre passar pelo nosso Facebook e deixar-nos um comentário.

Taxa de quê?

A taxa de compressão é a quantidade de vezes que um determinado volume é comprimido dentro do cilindro. Exemplo prático: um motor 1.0 litros de quatro cilindros com uma taxa 10:1 tem cilindros com 250 cm³ que no seu ponto morto superior, comprimem a mistura a um volume de apenas 25 cm³ — isto é, a um décimo do seu volume (10:1). A versão complexa da explicação do que é a taxa de compressão pode ser vista aqui.

E porque é que isso é tão importante?

Porque quanto maior for a taxa de compressão do motor maior é a sua eficiência. Quanto maior for a compressão do motor, mais rápida será a expansão dos gases resultantes da explosão e consequentemente mais rápida será a descida do pistão e da biela, e por conseguinte mais rápida a deslocação da cambota – resultando em última análise em mais movimento transmitido às rodas do veículo. É por isso que os carros desportivos têm taxas de compressão mais elevadas – a título de exemplo, o motor V10 do Audi R8 comprime 12,7 vezes o seu volume.

Então porque é que nem todos os carros têm taxas de compressão elevadas?

Por dois motivos: o primeiro motivo é a pré-detonação da mistura e o segundo motivo é porque é caro fazer um motor com uma taxa de compressão elevada. Mas vamos primeiro ao primeiro motivo. À medida que a taxa de compressão aumenta, aumenta também a temperatura da mistura ar-combustível no interior da câmara de combustão e esse aumento da temperatura pode levar à inflamação antes da chegada do pistão ao ponto morto superior. O nome deste fenómeno é pré-detonação e é por causa deste efeito que as marcas de automóveis são obrigadas a produzir motores com taxas de compressão conservadoras, com mapas de ignição e injeção pensados para proteger o motor deste fenómeno em detrimento da eficiência máxima.

Por outro lado, produzir motores com taxas de compressão elevadas também sai caro (às marcas e por conseguinte aos clientes…). Porque para evitar a pré-detonação nos motores com taxas de compressão elevadas as marcas têm de recorrer a materiais mais nobres e resistentes que dissipem com mais eficiência o calor gerado no motor.

Nissan encontra (finalmente!) a solução

Nos últimos 25 anos várias marcas têm tentado sem sucesso ultrapassar as limitações dos motores a este nível. A Saab foi uma das marcas que esteve mais perto, chegando mesmo a apresentar um motor revolucionário que graças ao movimento lateral da cabeça do motor conseguia aumentar ou diminuir a capacidade cúbica da câmara de combustão e por conseguinte a taxa de compressão. Problema? O sistema tinha falhas de fiabilidade e nunca chegou à produção. Felizmente…

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A primeira marca a encontrar uma solução foi, como já dissemos, a Nissan. Marca que irá apresentar já em setembro o primeiro motor de compressão variável do mundo durante o Salão de Paris. Trata-se de um motor 2.0 Turbo com 274 cv de potência e 390 Nm de binário máximo. Motor este que será lançado inicialmente apenas nos E.U.A em substituição do motor V6 3.5 que atualmente equipa os modelos Infiniti (a divisão de modelos premium da Nissan).

Como é que a Nissan conseguiu isso?

Foi bruxaria. Estou a brincar… foi engenharia pura. Nos motores convencionais as bielas (aquele braço que “agarra” o pistão) estão presas diretamente à cambota, no motor VC-T da Nissan isso não acontece. Como podem ver na imagem abaixo:

nissan VC-T 1

Neste motor revolucionário da Nissan o comprimento da biela principal foi reduzida e ligada a uma alavanca intermediária pivoteada à cambota e ligada a uma segunda biela móvel oposta à biela que faz variar a extensão do movimento do pistão. Quando a centralina do motor determina que é necessário aumentar ou reduzir a taxa de compressão, o atuador altera o ângulo da alavanca intermediária, elevando ou abaixando a biela e por conseguinte variando a compressão entre 8:1 e 14:1. Assim o motor da Nissan consegue aliar o melhor dos dois mundos: máxima eficiência em rotações baixas e mais potência em rotações altas evitando o efeito de pré-detonação.

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Esta variação da taxa de compressão do motor só é possível acontecer de forma eficiente e em qualquer regime de rotação, graças a uma miríade de sensores espalhados pelo motor. Estes enviam centenas de milhares de informações por segundo à centralina em tempo real (temperatura do ar, da câmara de combustão, da admissão, do turbo, quantidade de oxigénio na mistura, etc), permitindo que a taxa de compressão seja alterada em conformidade com as necessidade do veículo. Este motor está ainda equipado com um sistema de comando variável de válvulas para simular o ciclo Atkinson, no qual as válvulas de admissão ficam mais tempo abertas para permitir que o ar escape por elas, reduzindo assim a resistência aerodinâmica do motor na fase de compressão.

Aqueles que reiteradamente anunciam o fim do motor de combustão interna têm de voltar a “guardar a viola no saco”. Os “velhinhos” motores de combustão interna já contam com mais de 120 anos e parece que estão para ficar. Resta saber se esta solução será fiável.

Mais um pouco de história?

Os primeiros estudos sobre os efeitos da taxa de compressão na eficiência do ciclo de trabalho dos motores de combustão interna remontam a 1920, altura em que o engenheiro britânico Harry Ricardo chefiava o Departamento de Desenvolvimento Aeronáutico da Royal Air Force (RAF). Uma das suas missões mais importantes foi encontrar uma solução para o elevado consumo de combustível dos aviões da RAF e consequentemente para o seu curto alcance de voo. Para estudar as causas e soluções para este problema, Harry Ricardo desenvolveu um motor experimental com compressão variável onde descobriu (entre outras coisas) que alguns combustíveis eram mais resistentes à detonação. Este estudo culminou com a criação do primeiro sistema de classificação da octanagem de combustíveis.

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Foi graças a estes estudos que pela primeira vez chegou-se à conclusão que as taxas de compressão mais elevadas são mais eficientes e exigem menos combustível para produzir a mesma energia mecânica. Foi a partir desta época que os gigantescos motores com 25 litros de capacidade cúbica – que conhecemos dos aviões da I Guerra Mundial – começaram a dar lugar a unidades mais pequenas e eficientes. As viagens transatlânticas passaram a ser uma realidade e as limitações táticas durante a guerra (devido ao alcance dos motores) foram minoradas.

HARRY RICADO

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